Development of a magnetic sensor system for predictive IASCC diagnosis on stainless steels in a nuclear reactor

根本 義之; 欅田 理*; 内一 哲哉*; 高屋 茂; 塚田 隆

International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 35(2), p.123 - 139, 2011/02

https://doi.org/10.3233/JAE-2011-1326

これまでの研究において、オーステナイトステンレス合金中性子照射材のフラックスゲート(FG)センサーによる漏えい磁束密度測定結果と、照射誘起応力腐食割れ(IASCC)感受性の間に、相関性が見られることを報告している。本研究は、実機への適用性がより高いと考えられる渦電流法及び交流磁化法によってIASCC予兆診断を行うための技術開発を目的として実施した。そのために原子炉内環境への十分な耐性を持つセンサーの開発を行った。またセンサープローブの小型化による位置分解能の向上を実施した。遠隔操作可能なセンサーシステムを製作し、中性子照射材及び模擬材の測定による性能評価試験を行い、その結果渦電流法及び交流磁化法によって評価した磁気特性と、IASCC感受性の間に正の相関関係が得られ、本システムによるIASCC予兆診断が可能であることが示された。また、実機原子炉内での適用のために今後実施すべき開発項目と、磁気特性とIASCC感受性の相関関係のメカニズムについて議論を行った。

Examination of relation between IASCC susceptibility and magnetic property

高屋 茂; 永江 勇二; 吉武 庸光; 根本 義之; 中野 純一; 上野 文義; 青砥 紀身; 塚田 隆

E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 1(1), p.44 - 51, 2009/05

中性子照射されたモデル合金についてSSRT試験により評価されたIASCC感受性と磁束密度を比較した結果、SCCへの中性子照射の影響が確認される場合については、両者の間に、照射量や化学組成によらない関係が認められた。さらに、非照射模擬劣化材について磁束密度の測定を行い、磁束密度が増加するためには、化学組成の変化だけでなく、欠陥の導入も必要であることを示した。これらの結果は、磁束密度測定によるIASCC感受性の非破壊評価の可能性を示している。

ステンレス鋼のIASCC感受性と磁気特性の相関性に関する研究

根本 義之; 欅田 理*; 内一 哲哉*; 高屋 茂; 塚田 隆

保全学, 7(4), p.57 - 68, 2009/01

http://ci.nii.ac.jp/naid/40016445784

これまでの研究において、オーステナイトステンレス鋼中性子照射材の、フラックスゲート(FG)センサーによる漏えい磁束密度測定結果と、照射誘起応力腐食割れ(IASCC)感受性の間に、相関性が見られることを報告している。本研究は、実機への適用性がFGセンサーよりも高いと考えられる、渦電流法及び交流磁化法によって、IASCCの予兆診断を行う技術の開発の可能性を検討することを目的として実施した。中性子照射材及び模擬材に関して研究を行った結果、渦電流法及び交流磁化法によって評価した磁気特性と、IASCC感受性の間に正の相関関係が得られた。また、照射誘起偏析による磁性相生成について検討するため、透過型電子顕微鏡(TEM)による微細組織観察を行った。その結果、照射誘起偏析による結晶粒界での磁性相生成に基づいた磁気信号の変化を検知,評価することが、IASCC予兆診断のメカニズムとなり得る可能性が示された。

原研-サイクル機構融合研究成果報告書; 照射環境における原子炉構造材料の劣化現象に関する研究

上野 文義; 永江 勇二*; 根本 義之; 三輪 幸夫; 高屋 茂*; 星屋 泰二*; 塚田 隆; 青砥 紀身*; 石井 敏満; 近江 正男; et al.

JAERI-Research 2005-023, 132 Pages, 2005/09

JAERI-Research-2005-023.pdf:33.03MB

原研とサイクル機構は、平成15年度から研究開発の効率的推進と研究の相乗的発展を目指す「融合研究」を開始した。本研究は、「融合研究」の一つとして、高速炉や軽水炉環境などの照射環境において生じる構造材料の照射劣化現象を対象に、劣化機構の解明,早期検出及び評価方法の開発を目的とした。平成1617年度は、本研究に用いる照射材対応の遠隔操作型の微少腐食量計測装置,腐食試験装置及び漏えい磁束密度測定装置を整備し、SUS304の照射後及び非照射クリープ試験片や照射後高純度モデル材を共通試料とし、両手法を用いた劣化検出を試みるとともに、比較のための非照射劣化模擬試料を用い、基礎的なデータを取得した。これらの結果に基づき、本研究において提案した劣化評価法の適用性を検討した。

サイクル機構-原研融合研究成果報告書; 照射環境における原子炉構造材料の劣化現象に関する研究(共同研究)

星屋 泰二*; 上野 文義; 高屋 茂*; 永江 勇二*; 根本 義之; 三輪 幸夫; 青砥 紀身*; 塚田 隆; 阿部 康弘*; 中村 保雄*; et al.

JAERI-Research 2004-016, 53 Pages, 2004/10

JAERI-Research-2004-016.pdf:22.07MB

日本原子力研究所と核燃料サイクル開発機構は、平成15年度から、両機関の統合に向けた先行的取り組みとして、研究開発の効率的推進と相乗的発展を目指す「融合研究」を開始した。本研究は、原子炉構造材料分野における「融合研究」として、高速炉や軽水炉の照射環境における構造材料について、照射劣化機構の解明,劣化の早期検出及び評価方法の開発を目的とする。平成15年度は、本研究に用いる遠隔操作型磁化測定装置及び微少腐食量計測装置の設計及び開発を行った。耐放射線及び遠隔操作を考慮したこれらの装置により、照射後試料の劣化現象を高感度に検出することが可能となった。今後、両装置を用いて照射材を用いた材料劣化の研究を実施する。

Temperature and magnetic field dependence of the critical current density for a mass-produced NbAl multifilamentary strand fabricated by a jelly-roll method

高橋 良和; 小泉 徳潔; 布谷 嘉彦; 高谷 芳幸*; 辻 博史

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 12(2), p.1799 - 1803, 2002/06

https://doi.org/10.1109/TASC.2002.1020340

原研はメーカと共同でITERのトロイダル磁場(TF)コイル用NbAl素線を開発してきたが、中心ソレノイド(CS)モデル・コイルを使用して実験されるNbAlインサート・コイル用に、ジェリーロール法による素線を1トン製造した。この素線は、量産を目指した製造技術(品質管理技術を含む)を確立し、それを用いて製造されたものである。この素線の臨界電流値を広い温度範囲(4~15K)と磁場範囲(16Tまで)において測定し、ピンニング力のスケーリング法により、臨界電流値の実験式を導き出した。この式は、ITERの運転温度において、実験結果とよい一致が得られた。よって、この式は、この素線を1152本用いた13T-46kA導体の性能評価及び核融合用超伝導導体の最適設計基準の確立のために有用と考えられる。

Progress of the ITER central solenoid model coil programme

辻 博史; 奥野 清*; Thome, R.*; Salpietro, E.*; Egorov, S. A.*; Martovetsky, N.*; Ricci, M.*; Zanino, R.*; Zahn, G.*; Martinez, A.*; et al.

Nuclear Fusion, 41(5), p.645 - 651, 2001/05

https://doi.org/10.1088/0029-5515/41/5/319

ITERを構成する3群の超伝導コイルでは、中心ソレノイド・コイルが最も高い磁場13Tを0.4T/s以上の速度で急速励起するパルス動作が要求される点で、最も技術的難度の高いコイルである。そこで中心ソレノイド・コイル工学設計の妥当性を確認し、併せてコイルの製作技術を開発する目的で、中心ソレノイド・モデル・コイルの開発が進められてきた。約8年をかけて完成したモデル・コイルの実験がこの程、国際共同作業として原研で実施され、技術開発目標をすべて満足する実験成果と貴重な技術データが得られた。

オーステナイト系ステンレス鋼の応力腐食割れ感受性に関する微視的組織の電磁非破壊評価

内一 哲哉*; 及川 諒太*; 高木 敏行*; 浦山 良一*; 根本 義之; 高屋 茂; 欅田 理*

no journal, , 

This paper discusses the feasibility of nondestructive evaluation of micro-structure related to susceptibility to stress corrosion cracking in austenitic stainless steels. For the purpose, tensile tests at elevated temperatures were conducted using model alloys simulating radiation-induced segregation (RIS), and magnetization curves of the tensile test specimens were measured by vibrating sample magnetometer (VSM). Microstructure of magnetization of the tensile test specimens was observed by magnetic force microscopy (MFM). The mechanism of magnetization change was discussed through these observations. Finally, non-linear eddy current method was carried out for the tensile test specimens. It is shown that the 3rd higher harmonic ratio of the pick-up signal is related to the targeted nominal strain.

IASCC感受性と電磁気特性の相関についての検討,1

根本 義之; 内一 哲哉*; 欅田 理*; 永江 勇二; 高屋 茂; 海老根 典也; 塚田 隆

no journal, , 

これまでの研究により、原子炉構造材のオーステナイト・ステンレス鋼の照射誘起応力腐食割れ(IASCC)を、き裂の発生以前に電磁気的手法によって予兆診断できる可能性が指摘されている。そのため、本研究においては照射誘起偏析によって生成する、結晶粒界における幅数nmのCr欠乏領域を熱処理によって模擬した試験片を用いて、高温水中低歪み速度引張り(SSRT)試験及び、導電率,静的/動的電磁特性の評価、また渦電流法,交流磁化法等による電磁気特性評価等を行った。高温水中SSRT試験によって得られた粒界破面率(SCC感受性)は偏析量に依存して上昇していた。また、偏析量に依存して渦電流信号の値が大きくなる傾向を示した。さらに動的電磁特性の評価の結果得られた比透磁率の値も偏析量に依存して高くなっていた。これらの結果から、IASCC感受性と電磁特性の相関関係の要因の一つが、結晶粒界における照射誘起偏析によるCr欠乏領域の生成である可能性が示された。

IASCC感受性の予兆診断手法に関する研究

根本 義之; 上野 文義; 永江 勇二; 高屋 茂; 吉武 庸光; 青砥 紀身; 塚田 隆

no journal, , 

本研究においては原子炉の高経年化対策において問題となっている、オーステナイト系ステンレス鋼の照射誘起応力腐食割れ(IASCC)を、そのき裂発生以前の段階において検知する手法の開発のため、IASCC感受性と磁気測定結果の相関関係について検討を行った。研究に用いた試料は高純度304系モデルステンレス合金(HP304)と、その合金に炭素を約0.1mass%添加した合金(HP306/C)、及びモリブデンを約2.5mass%添加した合金(HP316)である。以上3種類の組成の合金の1dpa照射材と5dpa照射材を用いて高温水中低歪み速度引張り(SSRT)試験を行い、IASCCの発生した粒界破面率(=IASCC感受性)を求めた。またこれら試験片のつかみ部について、フラックスゲート(FG)センサーによる漏えい磁束密度測定を行った。これらの結果を比較したところ、IASCC感受性と漏えい磁束密度の間には良い相関関係がみられた。この磁気的計測手法を発展させることにより、合金組成の異なる、さまざまな使用年数を経たオーステナイト系ステンレス鋼構造材料に適用可能な、非破壊の劣化予兆診断技術を開発できる可能性が示された。